• Facebook
  • Instagram
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Klimateknologi

Fødevarekemi07. 06. 2022 | heidit

Kernemagnetisk resonans som redskab til at monitorere lipidoxidation i fødevareindustrien

Fødevarekemi07. 06. 2022 By heidit

Lipidoxidation er en af de vigtigste årsager til at forkorte levetiden af fødevareemulsioner, der er rige på umættede fedtsyrer, især på grund af dannelsen af off-flavor. Ved måling af forskellige lipidoxidationsprodukter kan kernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi give indsigt i mekanismerne.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2022 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Af Marie Hennebelle1, Vincent Boerkamp1, Donny Merkx1,2,3 og John van Duynhoven2,3

1 Wageningen University & Research, Laboratory of Food Chemistry, Holland
2 Unilever Food Innovation Centre, Holland
3 Wageningen University & Research, Laboratory of Biophysics, Holland

Industrielle tilgange til at forhindre lipidoxidation omfatter typisk kølekædeopbevaring, sofistikeret emballage og brugen af kunstige antioxidanter (E-numre). Men for at imødekomme den stigende efterspørgsel fra forbrugere efter mere bæredygtige og naturlige fødevarer, er der et behov for, at der udvikles nye strategier. Denne udvikling er i øjeblikket hæmmet af manglen på hurtige (high-throughput) analysemetoder, der kan give mekanistisk indsigt i de reaktioner, der er i spil. I denne henseende kan NMR-spektroskopi bruges til at identificere og kvantificere forskellige oxidationsprodukter.

Måling af forskellige oxidationsreaktioner 
Lipidoxidation er hovedsageligt styret af radikale kædereaktioner (figur 1). Ved primær oxidation udvindes et (bis)allylbrinte fra en umættet fedtsyre, hvilket giver et alkylradikal, der reagerer hurtigt med oxygen til dannelse af et peroxylradikal. Denne peroxylgruppe vil yderligere reagere med en anden umættet fedtsyre og på den ene side producere et nyt alkylradikal, der føder udbredelsescyklussen, og på den anden side et hydroperoxid, også omtalt som det primære produkt af lipidoxidation. I et senere stadie af lipidoxidationen resulterer nedbrydningen af hydroperoxider i forskellige sekundære oxidationsprodukter, såsom aldehyder og epoxider. Nogle af disse er flygtige og bidrager til dannelsen af off-flavor forbundet med lipidoxidation. Selvom reaktionerne er blevet udførligt beskrevet i olier, tilføjer grænsefladesammensætningen og den kolloide transportmekanisme i fødevareemulsioner en vis kompleksitet [1-3], og reaktionerne i et sådant system er indtil videre endnu ikke kortlagt.
Metoder, der almindeligvis anvendes til at vurdere lipidoxidation i fødevarer, inkluderer peroxidtal, thiobarbitursyre reaktive stoffer (TBARS), para-anisidin og hexanal. Disse analysemetoder er ofte tidskrævende. De formår heller ikke at give et omfattende overblik over lipidoxidationsprodukterne, der kan give indblik i de involverede reaktioner, da de for det meste udelukkende fokuserer på én type oxidationsprodukt. For nylig er NMR fremkommet som et lovende værktøj til at få mere mekanisk indsigt i lipidoxidationsveje. Elektron Spin Resonans (ESR) kan bruges til at kvantificere lipidradikaler dannet på et tidligt stadie, mens NMR-spektroskopi gør det muligt at overvåge dannelsen af flere lipidoxidationsprodukter, såsom hydroperoxider, aldehyder og epoxider (figur 1).

Elektron Spin Resonans (ESR) spektroskopi til måling af det tidlige lipidoxidation stadie
ESR-spektroskopi kan bruges til at monitorere radikaler og er blevet fremført som et lovende værktøj til at vurdere stabiliteten af fødevareemulsioner og effektiviteten af antioxidanter på et tidligt stadie af oxidationen (dvs. inden for timer eller dage afhængig af opbevaringsbetingelserne) sammenlignet med mere konventionelle metoder såsom peroxidtal, som typisk bruges over dage til uger [4]. På grund af deres høje reaktivitet og meget korte levetid (under 10-6 s) [5], påvises lipidradikaler normalt ved brug af en spintrap, der vil reagere med lipidradikalerne og danne et stabilt radikaladdukt, som herefter kan kvantificeres ved ESR. N-tert-butyl-α-phenylnitron (PBN) er en fedtopløselig spintrap, der almindeligvis anvendes til at monitorere autooxidation i fødevarer [6,7].
Ved at kombinere NMR med ESR-spektroskopi opdagede vi, at brugen af spintraps ændrer lipidoxidationsmekanismerne (figur 2). På den ene side hæmmer PBN dannelsen af hydroperoxider ved at fange peroxylradikaler. På den anden side nedbrydes PBN-addukter hurtigt til benzaldehyd, 2-methyl-2-nitrosopropan (MNP) og alkoxylradikaler, hvor de seneste fungerer som forløbere for aldehyder og muligvis andre sekundære produkter. Mens brugen af PBN-spintraps kan bruges til at rangordne effektiviteten af antioxidantruter, udelukker virkningen af PBN på oxidationsreaktionerne mekanistiske undersøgelser [4,8].

NMR-strategier til overvågning af forskellige lipidoxidationsproduktklasser i samme måling
NMR-metodikken har fordele ved at være en meget reproducerbar og hurtig analyse, der ikke kræver autentiske standarder for kvantificering. Når der arbejdes på rene olier eller ekstrakter af fødevarelipider, kan glycerolrygraden i triglycerider bruges som en intern standard. Af disse grunde har 1H NMR tiltrukket sig en del opmærksomhed i løbet af de sidste årtier i undersøgelser af lipidoxidation [9], og metoden har vist sig at give sammenlignelige resultater med de mere konventionelle, men også mere tidskrævende metoder.
En ulempe ved NMR-metoden er dens relativt lave følsomhed, hvilket kan gøre en nøjagtig kvantificering af forbindelser vanskelig, når de er til stede i lav koncentration. For at øge følsomheden kan der anvendes den strategi selektivt at excitere den del af NMR-spektret, der indeholder signaler af interesse. Ved at anvende sådanne selektive excitationssekvenser i 1H NMR-spektroskopi, kan hydroperoxider og aldehyder (dvs. henholdsvis primære og sekundære oxidationsprodukter) kvantificeres med en kvantificeringsgrænse (LOQ) på 0,03 mmol/kg olie [10]. Desuden formåede et studie ikke kun at identificere hydroperoxiderne baseret på deres vigtigste fedtsyreprecursor i vegetabilske olier (dvs. oliesyre, linolsyre og α-linolensyre), men også at generere information om specifikke strukturelle træk, såsom konformation af dobbeltbindingerne (cis eller trans) og positionen af hydroperoxidgruppen inden for (“indre”) eller uden for (“ydre”) dobbeltbindingssystemet (figur 3A).
For en nøjagtig identifikation og kvantificering af forbindelser ved 1H NMR, bør signalerne være fuldt opløst, dvs. ikke overlappe med andre signaler i spektret. Selvom dette ikke er et problem for hydroperoxiderne og aldehyderne, overlapper protonerne fra epoxider, som er en anden vigtig gruppe af oxidationsprodukter, hinanden, men også med de bisallyliske signaler fra flerumættede fedtsyrer [11]. I dette tilfælde kan en todimensional (2D) NMR-tilgang, såsom heteronuclear single quantum coherence (HSQC) anvendes. Ved at give information om både 1H og 13C kemiske skift giver en sådan 2D-tilgang mulighed for adskillelse og kvantificering af epoxider dannet under lipidoxidation (figur 3B) [12].

Fremtidsperspektiver
Den igangværende udvikling af rutineforsøg med NMR-spektroskopi til identifikation og kvantificering af forskellige intermediære lipidoxidationsprodukter vil åbne nye muligheder for at opklare kompleksiteten af lipidoxidationsreaktioner i fødevarer. Metoderne kan bringe ny mekanistisk indsigt i de reaktioner, der er i spil, og bidrage til en tidlig vurdering af oxidativ stabilitet, der kan bruges i udviklingen af nye antioxidantstrategier. Desuden giver disse hurtige og bredtfavnende metoder mulighed for etablering af eksperimentelle databaser, der kan bruges til at generere matematiske modeller til at prædiktere holdbarheden af lipidholdige fødevarer, og dermed bedre forstå den virkning som fødevarernes sammensætning og opbevaringsbetingelser har på holdbarheden [13].

E-mail:
Marie Hennebelle: marie.hennebelle@wur.nl

Referencer
1. McClements D.J., Decker E.A. Lipid Oxidation in Oil-in-Water Emulsions: Impact of Molecular Environment on Chemical Reactions in Heterogeneous Food Systems. Journal of Food Science. 2000;65(8):1270-82.
2. Berton‐Carabin C.C., Ropers M.H., Genot C. Lipid oxidation in oil‐in‐water emulsions: Involvement of the interfacial layer. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014;13(5):945-77.
3. Laguerre M., Tenon M., Bily A., Birtić S. Toward a Spatiotemporal Model of Oxidation in Lipid Dispersions: A Hypothesis‐Driven Review. European Journal of Lipid Science and Technology. 2020;122(3):1900209.
4. Merkx D.W.H., Plankensteiner L., Yu Y., Wierenga P.A., Hennebelle M., Van Duynhoven J.P.M. Evaluation of PBN spin-trapped radicals as early markers of lipid oxidation in mayonnaise. Food Chem. 2021;334:127578.
5. Pryor W.A. Free radicals in autoxidation and in aging. Free radicals in molecular biology, aging and disease. 1984:13-41.
6. Velasco J., Andersen M.L., Skibsted L.H. Electron spin resonance spin trapping for analysis of lipid oxidation in oils: inhibiting effect of the spin trap α-phenyl-N-tert-butylnitrone on lipid oxidation. Journal of agricultural and food chemistry. 2005;53(5):1328-36.
7. Velasco J., Andersen M.L., Skibsted L.H. Evaluation of oxidative stability of vegetable oils by monitoring the tendency to radical formation. A comparison of electron spin resonance spectroscopy with the Rancimat method and differential scanning calorimetry. Food Chem. 2004;85(4):623-32.
8. Silvagni A., Franco L., Bagno A., Rastrelli F. Thermoinduced lipid oxidation of a culinary oil: a kinetic study of the oxidation products by magnetic resonance spectroscopies. J Phys Chem A. 2010;114(37):10059-65.
9. Martínez‐Yusta A., Goicoechea E., Guillén M.D. A review of thermo‐oxidative degradation of food lipids studied by 1H NMR spectroscopy: influence of degradative conditions and food lipid nature. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014;13(5):838-59.
10. Merkx D.W.H., Hong G.T.S., Ermacora A., Van Duynhoven J.P.M. Rapid quantitative profiling of lipid oxidation products in a food emulsion by 1H NMR. Analytical chemistry. 2018;90(7):4863-70.
11. Xia W., Budge S.M., Lumsden M.D. 1 H-NMR characterization of epoxides derived from polyunsaturated fatty acids. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 2016;93(4):467-78.
12. Boerkamp V.J.P., Merkx D.W.H., Wang J., Vincken J-P., Hennebelle M, van Duynhoven JPM. Quantitative assessment of epoxide formation in oil and mayonnaise by 1H-13C HSQC NMR spectroscopy. Food Chem. 2022;In press.
13. Merkx D.W.H., Swager A., van Velzen E.J.J., van Duynhoven J.P.M., Hennebelle M. Quantitative and Predictive Modelling of Lipid Oxidation in Mayonnaise. Antioxidants. 2021;10(2):287.

Skrevet i: Fødevarekemi

 

Seneste nyt fra redaktionen

Ferietiden er over KemiFokus

Branchenyt29. 06. 2022

I den næste måneds tid holder KemiFokus ferielukket, men vi er tilbage onsdag den 3. august

Ser bare Tour de France – med god klima-samvittighed

Klima og miljø27. 06. 2022

Når verdens største cykelløb kommer til landet om nogle dage, er det et kæmpe arrangement, der er stablet på benene. Nogle vil måske have det lidt svært med den sammenhæmg. For mens cyklen er klimasmart, er hele Tour-karavanen det jo ikke. De skal bl.a. flyves frem og tilbage, så er den

Fiber-flaske kommer et skridt tættere på

Klima og miljø27. 06. 2022

I løbet af sommeren vil forbrugere i otte europæiske lande få mulig for at teste deres Fiber Bottle, der blev præsenteret ved “C40 World Mayors Summit” i 2019, men egentligt har udviklingen været i gang siden 2015. Fiber Bottle-flasken, som Carlsberg nu vil teste i otte europæiske lande (Danmark,

Fra bøvlet etiket-bagpapir til isoleringsmateriale

Branchenyt27. 06. 2022

Det silikone-belagt bagpapir fra etiketter har alle dage været noget bøvlet, hvis man tale om genanvendelse. Men nu er der lys forude, for det er lykkedes for virksomhederne UPM Raflatac, Inosence Polyol Oy og Finnfoam at finde en metode, hvor papiret ender sine dage som isoleringsmateriale.

Et skridt tættere på at kunne nedfryse organer

MedicinalkemiTop24. 06. 2022

Australske forskere har opfundet en slags frostvæske, der skulle gøre dem i stand til at nedfryse organer, ligesom vi kender det var fx æg og sæd. Forskerholdet opdagede, at et såkaldt kryobeskyttelsesmiddel bestående af prolin og glycerol, var effektivt til alle fire testede celletyper,

Epilepsi-medicin kan måske hjælpe patienter med tilstanden NF1

AktueltMedicinalkemi24. 06. 2022

Lægemidlet Lamotrigin, der gives mod både epilepsi og såkaldt stemningsstabiliserende medicin ved bipolar lidelse, har vist sig måske at have en tredje funktion. Det viser et nyt forskningsresultat. Lægemidlet ser ud til at kunne stoppe tumorvæksten ved tilfælde af neurofibromatose type 1 (NF1).

Første carbon-nanobånd i Möbius-form

AktueltNanoteknologi23. 06. 2022

En række forskere er lykkedes med at fremstille et carbon nanobånd med en Möbius-struktur. Et Möbius-bånd har kun én overflade og en kant. Möbius kulstof nanobåndet var et drømmemolekyle i det videnskabelige samfund, efter vi rapporterede den første kemiske syntese af et kulstof nanobånd - et

Glemt reaktor-type giver massevis af energi

Energi22. 06. 2022

Atomaffald lyder som noget ubrugeligt, men affaldet er smækfyldt med energi. Faktisk kan den nuværende mængde atomaffald i USA forsyne netop USA med energi i de næste cirka 100 år. Hemmeligheden, eller rettere den glemte reaktortype, har været kendt siden 1950´erne, og Experimental Breeder

Uddannelse i kvantevidenskab er lige på trapperne

AktueltBranchenyt21. 06. 2022

Kvantevidenskab er stærkt på vej over det meste af verden, og for at kunne holde trit, er Københavns Universitet og DTU gået sammen om at åbne den første uddannelse i kvantevidenskab. Endnu er kvantevidenskaben ikke slået igennem, men der arbejdes hårdt på kvantecomputere. Fx har DTU anvendt

Gavekort fik unge voksne til at nedtone risiciene ved Covid-19

Branchenyt21. 06. 2022

Da covid-19 hærgede tidligere, var mange af de sociale aktiviteter lukket med. Men nu viser ny svensk forskning, at man alene ved hjælp af et gavekort kunne få unge voksne i Sverige, til at nedtone risiciene ved pandemien - så de kunne komme på café og få brugt et gavekortet. Det viser en ny

Tilmeld Nyhedsbrev


Arkiv over seneste nyhedsbreve




Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Hvordan tjekker du, om dit lithiumbatteri er defekt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Skruevakuumpumper til Arc PVD Coating

  • Din foretrukne samarbejdspartner indenfor salg, service og kalibrering af laboratorieudstyr

    Service og kalibrering

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Mikrolab Opvaskestativer

  • DENIOS ApS

    Gør din opbevaring og transport af gasflasker sikrere med ét redskab

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuumteknologi forbedrer egenskaberne i fjernvarmenettet

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    GRATIS Adgangskort til LabDays

  • Drifton

    Peristaltisk pumpe med høj præcision og innovativt flerkanals pumpehoved

  • DENIOS ApS

    Tre ting, du bør tjekke, inden du skyder sommerferien i gang

  • Bisco Vægte A/S

    Få dine vejeresultater over på PC

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Ferietiden er over KemiFokus

    29.06.2022

  • Ser bare Tour de France – med god klima-samvittighed

    27.06.2022

  • Fiber-flaske kommer et skridt tættere på

    27.06.2022

  • Fra bøvlet etiket-bagpapir til isoleringsmateriale

    27.06.2022

  • Et skridt tættere på at kunne nedfryse organer

    24.06.2022

  • Epilepsi-medicin kan måske hjælpe patienter med tilstanden NF1

    24.06.2022

  • Første carbon-nanobånd i Möbius-form

    23.06.2022

  • Glemt reaktor-type giver massevis af energi

    22.06.2022

  • Uddannelse i kvantevidenskab er lige på trapperne

    21.06.2022

  • Gavekort fik unge voksne til at nedtone risiciene ved Covid-19

    21.06.2022

  • Ny metode kan lettere opdage kromosom-fejl

    21.06.2022

  • Kastede corona nogle gode idéer af sig?

    21.06.2022

  • Et billigt jern-mineral, CO2 fra atmosfæren og sollys er vejen til myresyre-brændstof

    20.06.2022

  • Langt flere mænd end tidligere antaget har ekstra kønskromosomer

    14.06.2022

  • Bæredygtigt landbrug kræver en helhedsorienteret vision

    14.06.2022

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk

Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Denne hjemmeside benytter cookies. Acceptér Afvis Læs mere om vores brug af cookies her: Brug af cookies
Privacy & Cookies Policy

Privacy Overview

This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary
Altid aktiveret
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.
Non-necessary
Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.
GEM & ACCEPTÈR